بهترین طرح اختلاط فوم بتن

استفاده از فوم بتن به چه دورانی بازمی‌گردد؟

استفاده از فوم بتن به دوران امپراتوری روم بازمی‌گردد. در آن زمان، اولین فوم بتن با اضافه کردن خون حیوانات به مخلوط شن‌های کوچک، ماسه‌های درشت، آهک هیدراته و آب ساخته شد. این نوع بتن دارای حباب‌های ریز هوا بود که کارایی و دوام آن را افزایش می‌داد.

در سال 1924 میلادی (1302 شمسی)، یک معمار سوئدی به نام «اکسل اریکسن» (Axel Ericksson)، حق اختراع نوع جدیدی از بتن‌های سیمانی با عنوان «بتن گازی» (Gas Concrete) را به ثبت رساند. در سال 1929 میلادی (1307 شمسی)، تولید صنعتی این نوع بتن با عنوان «بتن هوادار اتوکلاوشده» (Autoclaved Aerated Concrete) یا به اختصار «بتن AAC» شروع شد. از آن زمان تا به امروز، بتن AAC در پروژه‌های ساختمانی متعددی (به شکل بلوک) مورد استفاده قرار گرفته است.

در اواخر دهه 1990 و اوایل دهه 2010 میلادی (حدود 1375 تا 1395 شمسی)، پیشرفت‌های قابل توجهی در فرآیند تولید و بهبود کیفیت مواد فعال سطحی (عامل کف‌زا در بتن) حاصل شد. به علاوه، استفاده از افزودنی‌های مخصوص در فوم بتن، کاربرد آن در مقیاس‌های بزرگ‌تر را ممکن ساخت.

فوم بتن چیست؟

«فوم بتن» (Foam Concrete)، یکی از انواع بتن‌های اسفنجی است که از دوغاب سیمانی و فوم (حداقل 20 درصد حجمی) تشکیل می‌شود. فوم، ماده‌ای متشکل از حباب‌های هوا است. حبس کردن این حباب‌ها درون یک ملات یا دوغاب سیمانی، امکان ساخت بتن با چگالی بسیار پایین را فراهم می‌کند. فوم بتن، با عناوین دیگری نظیر بتن اسفنجی، بتن سبک، بتن اسفنجی سبک، بتن هوادار، بتن متخلخل و بتن کفی نیز شناخته می‌شود.

از قالب بتن لارج پنل برای بتن ریزی همزمان دیواره های داخلی و خارجی استفاده می شود و این سیستم یکی از سیستم های ساختمانی بسیار مطلوب به حساب می آید.

نمایی از ساختار متخلخل سطح فوم بتن

در برخی از موارد، فوم بتن، با بتن گازی اشتباه گرفته می‌شود. بتن گازی، یکی دیگر از انواع بتن اسفنجی است. در بخش‌های بعدی به مقایسه این نوع بتن خواهیم پرداخت.

مواد فوم بتن چه هستند؟

فوم بتن، معمولا از سه جز اصلی ماده اتصال‌دهنده (سیمان)، آب و عامل کف‌زا (پروتئین یا رزین) ساخته می‌شود. البته به منظور تغییر خواص فیزیکی این نوع بتن می‌توان از پرکننده (خاکستر بادی)، افزودنی‌ها و الیاف مختلف نیز استفاده کرد. در ادامه، به معرفی نقش هر یک از این مواد می‌پردازیم.

اگر به دنبال انواع قالب نظیر: قالب تونلی، قالب مدولار و … هستید می توانید از قالب سپنتا استفاده کنید.

نقش سیمان در فوم بتن چیست؟

، متداول‌ترین ماده اتصال‌دهنده مورد استفاده در فوم بتن است. سیمان پرتلند معمولی، سیمان پرتلند زود سخت شونده، سیمان سولفو آلومینات کلسیم و سولفات آلومینا با مقدار 25 تا 100 درصد وزنی در ترکیب ماده اتصال دهنده مورد استفاده قرار می‌گیرند. از بین این موارد، سیمان پرتلند معمولی و زود سخت شونده از گزینه‌های رایج هستند. فوم بتن را می‌توان از ترکیب‌های مختلف سیمان با مواد مختلف ساخت.

نقش آب در فوم بتن چیست؟

الزامات مربوط به کیفیت آب مورد استفاده در فوم بتن، به ترکیبات دیگر، روانی و پایداری ملات بستگی دارد. هر چه میزان آب مورد استفاده کمتر باشد، مخلوط سخت‌تر می‌شود. این مسئله، ترکیدن راحت حباب‌های هوا را در پی دارد. در طرف مقابل، افزایش محتوای آب، ضخامت مخلوط را کاهش می‌دهد. در این حالت، حباب‌های هوا از درون مخلوط به بیرون رانده می‌شوند.

بر اساس پیشنهاد «موسسه بتن آمریکا» (American Concrete Institute) یا به اختصار «ACI»، آب مورد استفاده در ترکیب فوم بتن باید تازه، تمیز و آشامیدنی باشد. کیفیت و نسبت آب، بر روی مقاومت نهایی بتن‌های سبک تاثیرگذار است.

نقش عامل کف زا در فوم بتن چیست؟

عامل کف‌زا، از مهم‌ترین مواد تشکیل‌دهنده فوم بتن است. در واقع این ماده، با کنترل نرخ تولید حباب‌های موجود در خمیر سیمانی، را تعیین می‌کند. عوامل کف‌زا به سه نوع طبیعی، مصنوعی و ترکیبی تقسیم می‌شوند. از بین این موارد، مواد مصنوعی و طبیعی، کاربرد گسترده‌تری دارند. رزین، اولین عامل کف‌زای مصنوعی و خون، اولین عامل کف‌زای طبیعی مورد استفاده در ترکیب بتن است.

پروتئین هیدرولیز شده یا مواد فعال سطحی مصنوعی، رایج‌ترین مواد مورد استفاده برای ساخت فوم هستند. کار با مواد مصنوعی ساده‌تر و هزینه آن‌ها پایین‌تر است. به علاوه، عوامل کف‌زای مصنوعی را می‌توان برای مدت طولانی‌تری نگهداری کرد. عوامل کف‌زای پروتئینی، هزینه بالاتر اما مقاومت بیشتر و عملکرد بهتری دارند. فوم، معمولا به دو شکل مرطوب و خشک قابل تولید است.

فوم مرطوب با چگالی کمتر از 100 کیلوگرم بر متر مکعب برای ساخت فوم بتن مناسب نیست. در این شرایط، حباب‌های بزرگ به صورت ناپایدار در ساختار این نوع فوم ایجاد می‌شوند. اسپری کردن عامل کف‌زا و آب بر روی یک شبکه ریز، فوم با حباب‌های 2 تا 5 میلی‌متری را ایجاد می‌کند.

فوم خشک، از پایداری بیشتری نسبت به فوم مرطوب بهره می‌برد. برای ساخت این نوع فوم، محلولی از عامل کف‌زا و آب توسط کمپرسور هوا به درون یک محفظه مخلوط کننده انتقال داده می‌شود. اندازه حباب‌های ایجاد شده در فوم خشک از فوم مرطوب کوچک‌تر است (ابعاد کمتر از 1 میلی‌متر). همین موضوع باعث ساختار منظم حباب‌های هوا در فوم خشک می‌شود.

 انواع بتن سبکدر یک تقسیم بندی کلی می توان انواع بتن سبک را به دو گروه متکی بر سبکدانه بجای سنگدانه و متخلخل یا سلولی تقسیم بندی نمود. در گروه اول انواع گوناگون سبکدانه های طبیعی و یا صنعتی بجای سنگدانه مورد استفاده قرار می گیرد و در گروه دوم ایجاد چگالی پائین در بتن بر مبنای ایجاد تخلخل در خمیر سیمان صورت می گیرد. وزن مخصوص فضايي بتن سبك بستگی به روش ساخت، مقدار و انواع اجزای متشكله آن دارد. تمام بتن‌های سبك، وزن مخصوص كم خود را مديون همراه داشت هوا در ساختمان داخليشان هستند.

بتن فوق سبك با وزن فضايي 300 تا 1000 كيلوگرم در متر مكعب را برای گرمابندی و به عنوان پركننده می توان مورد استفاده قرار داد. مقاومت بتن سبك به وزن مخصوص آن بستگی دارد به طوری كه هر چه وزن مخصوص زيادتر شود مقاومت آن افزايش می يابد. البته نحوه به عمل آوردن قطعات بتنی ساخته شده، روش ساخت، دانه‌بندی و مقادير اجزای متشكله آن در اين امر مؤثرند.بتن سبک سبکدانه در این نوع بتن ها از انواع گوناگون سبکدانه بجای سنگدانه برای ایجاد دانسیته پائین استفاده می شود.

 این مواد سبکدانه ممکن است در حالت طبیعی و یا در فرآیند های صنعتی تولید شوند. پامیس یکی از مهمترین سبکدانه های طبیعی محسوب می شود که منابع معدنی آن در مناطق متعددی از ایران وجود دارد. پوکه معدنی فاروج یکی از منابع معدنی سبک دانه پامیس در استان خراسان تلقی می شود. لیکا، پرلیت و دانه های پلی استایرن نیز تعدادی از مهمترین سبکدانه های صنعتی مورد استفاده در تولید بتن سبک هستند.

مهمترین انواع این بتن ها در گروه بتن های متکی بر استفاده از سبکدانه شامل بتن سبک لیکا، بتن سبک پرلیتی، بتن سبک پلی استیرن و بتن سبک پوکه ای می باشد که در ادامه به توضیح هر کدام پرداخته خواهد شد.بتن سبک ليكاامروزه دانه هاى سبك خاك رس منبسط شده در بيش از 30 كشور جهان با نامهاى تجارى گوناگون توليد و عرضه مى شوند. در اروپا و آمريكا اين دانه ها را با عناوينى نظير لايتگ، ليكا، آگلايت و آرژكس مى شناسند.

اين دانه ها به طور مشابه در ايران با نام ليكا توليد مى شوند. ويژگى هاى اين دانه ها باعث شده است تا در طيف وسيعى از كارهاى عمرانى و صنعتى به كار روند.لیکا که مخفف “مصالح رسی منبسط شده سبک” در زبان انگلیسی است یکی از سبک دانه های مهم صنعتی تلقی می شود. برای تهيه این دانه های سبك از كوره های گردان استفاده شده است. رس با دانه هايی به ريزی صفر تا دو ميكرون در دماي بالاتر از 1000 درجه سانتي گراد در اين كوره ها حرارت می بينند و گازهای ايجادشده در داخل آنها منبسط می شوند و هزاران سلول هوای ريز تشكيل می دهند. با سردشدن این مصالح سلول های فوق باقی .

مزایای کاربرد بتن سبک:

–     با کاهش بار وارد بر روی فونداسیون، موجب کوچکتر شدن ابعاد آن، کمتر شدن تعداد و کوچکتر شدن شمعها و کاهش مقدار آرماتورهای و به طبع آن اجرای سریع تر و آسان تر فونداسیون می گردد.

–    کاهش بار مرده سبب کوچک تر شدن اعضا نگهدار می شود.

–    کاهش بار مرده بزور مستقیم باعث کاهش نیروهای لرزه ای وارد بر سازه می گردد.

–     در گسترش پلها می توان با استفاده از مواد سبک مانند بتن سبک می توان عرشه پل را جهت تحمل ترافیک بیشتر بزرگ ترنمود بدون اینکه تغییری در سازه و یا فونداسیون پل ایجاد کنیم.

–     با توجه به مقاومت مطلوب بتن سبکدانه در برابر آتش سوزی می توان از حداقل توصیه شده ضخامت بتن در کفها کاست(بیان شده در ACI-216) .

–   حمل و نقل قطعات پیش ساخته با بتن سبک بسیار راحت تر بوده و هزینه کمتری در بر دارد.

بتن سبک سازه ای(Structural Lightweight concrete):

آیین نامه های موجود در زمینه تولید بتن سبک تعاریف مختلفی در رابطه با بتن سبک سازه ای ارایه داده اند و بهترین تعریفی که اکثر آنها را پوشش بدهدبه قرار ذیل می باشد:

به بتنِ سبکی، سازه ای گفته می شود که دارای وزن مخصوصی بین1440 تا 1840  کیلوگرم برمتر مکعب و مقاومت فشاری بالای  17 Mpa و یا 2500 Psi باشد و از آنجایی که هر چقدر بتن سبکتر گردد شکل پذیری آن نیز کاهش می یابد، برای بتن سبک سازه ای مقدار حداقل وزن مخصوص در نظر گرفته می شود.

مقاومت نمونه های بتنی سبک سازه ای با وزن مخصوص رابطه ای تقریباً لگاریتمی دارد  و باتوجه به نوع بتن سبک دارای طیف مقاومتی متفاوتی میباشد.

چگونگی تولید بتن سبک:

بتن دارای دو جز اصلی می باشد:1- خمیرسیمان 2- سنگدانه؛ سبک سازی می تواند در هر دو جز صورت پذیرد،

که سبک سازی در هر قسمت دارای ویژگیهای خاص و با استفاده از روشهای متفاوتی صورت می گیرد.

1- سبک کردن خمیر سیمان:

برای این منظور از موادی با پایه حیوانی مانند: سم، شاخ،خون و دیگر اعضا احشام و یا مواد خاص شیمیایی استفاده میگردد؛ این مواد که حباب زا می باشند با ایجاد تخلخل در خمیر سیمان، وزن بتن تولیدی را کاهش می دهند. این نوع بتن سبک، بتن کفی یا گازی) (CLC Cellular  Lightweight Concrete نامیده می شود.

 مواد شرکت کننده در تر کیب این نوع بتن سبک عبارتند از:سیمان،ماسه،آهک(بسته به نوع بتن کفی)، مواد حبابزا،آب و افزودنی هایی مانند:میکرو سیلیس(Micro Silica)، فوق روان کننده ها(Super Plasticizer)، خاکستربادی (Fly Ash) ، الیاف پروپیلین،پلون و غیره.

البته نوعی از مواد حباب زا در پایین آوردن جذب آب بتن نیز کاربرد دارند؛ این مواد با ایجاد حفرات بسیار ریز که برای حداکثر قطر آنها استاندارد تعریف شده، حفرات موئینه داخل بتن را بسته و مانع از نفوذ آب در آنها می شود.

اختلاط و تولید بتن کفسازی

در طرح اختلاط یک بتن، مقادیر و نوع مصالح تعیین می‌شود. یکی از پارامترهای مهم در ساخت بتن، اطلاع از نسبت آب به سیمان است، چرا که این مقدار مقاومت نهایی بتن را مشخص می‌کند. برای طراحی بتن مناسب، لازم است کاربری آن تعیین شود. به طور معمول، بتن کف در سطح زمین و تراز صفر ساخته می‌شود، ولی در مواردی این کف در سطح زیرزمین یا حتی کف طبقات بالایی اجرا می‌گردد. پس بتنی که در سطح زمین اجرا می‌شود، با بتن کف طبقات متفاوت است.

کفسازی بتنی ایده‌آل نیاز به طرح اختلاط قوی دارد.

کاربری اصلی کف، نوع بتن مورد نیاز را تعیین می‌کند؛ برای مثال بتن سوله صنعتی، باید علاوه بر مقاومت و دوام، پایداری خود را در برابر ضربه و بار سنگین حفظ کند. این در حالی است که بتن کف پمپ بنزین، باید با بکارگیری طرح اختلاط مناسب، در برابر نشت خودروها ایمن باشد. در مقابل، بتنی که در فضای آزاد استفاده می‌شود، باید نفوذناپذیر بوده و در برابر شرایط جوی – مثل یخبندان – مقاومت لازم را داشته باشد.

مصالح بتن کفسازی

تمام بتن‌های موجود از مصالح اصلی چون: سیمان، آب و سنگدانه تشکیل شده‌اند. سنگدانه‌ها شامل شن و ماسه هستند. ابعاد سنگدانه در طرح اختلاط بتن کفسازی محدود بوده و بهتر است از سنگدانه ریزتر استفاده شود. همچنین، قدرت و مقاومت سایشی این سنگدانه‌ها باید بسیار بالا باشد تا دوام بتن در بلند مدت حفظ شود.

استفاده از مصالح مرغوب، کیفیت بتن را افزایش خواهد داد.

در استاندارد ملی ایران شماره ۸۴۴۷، درباره مباحث مربوط به آزمایش سایش سنگدانه توضیحاتی ارائه شده است. یکی از روش‌های مشهور تعیین مقاومت سنگدانه، آزمایش ماشین لوس آنجلس است. در این روش، مقدار معلومی سنگدانه در استوانه دوار به همراه گوی فلزی ریخته شده و مقدار خرد شدن سنگدانه توسط دانه‌بندی تعیین می‌شود.

دوام بتن کفسازی نیز توسط آزمایش چرخ پهن استاندارد ملی شماره ۲۰۱۸۵ و ۲- ۷۵۵ تعیین می‌گردد. در نظر داشته باشید عمده مقاومت بتن توسط سنگدانه تأمین می‌شود.

سنگدانه

سنگدانه کفسازی باید محکم باشد. از این رو سنگدانه سیلیسی گرد و سنگدانه گرانیتی شکسته، بهترین انتخاب برای ساخت بتن کفسازی است. سنگدانه کوارتز به دلیل مقاومت سایشی بالا برای اماکن پرتردد بسیار مناسب است. به طور معمول، سنگدانه‌های بتن بیش از ۱۰۰ مگاپاسکال تحمل نیرو دارند؛ اما سؤال این‌جاست که چه فرایندی رخ می‌دهد که سنگدانه در ترکیب با سیمانی که مقاومتی در حد سنگ دارد، تبدیل به جسمی با ۳۰% مقاومت اجزای تشکیل‌دهنده می‌شود؟

سنگدانه سیلیسی گرد و سنگدانه گرانیتی شکسته، بهترین انتخاب برای ساخت بتن کفسازی است.

تشکیل لایه مرزی میان سیمان و سنگدانه – که در برابر نیرو عمل می‌کند – دلیل اصلی این موضوع است. اگر برای انجام پروژه عظیمی، سنگدانه ریز کافی در دسترس نباشد، باید از سنگ با ساختار ریز یا ریزبافت استفاده کرد.

چگالی بالا و جذب آب پایین، از دیگر شرایط سنگدانه مناسب برای ساخت بتن کف است. افزایش حجم سنگدانه بتن در صورت اختلاط در فضای آب و سیمان، یکی از مشکلات برخی سنگدانه‌های مصرفی در بتن است. از این رو شناخت ساختار سنگدانه و رفتار این مصالح در دراز مدت برای استفاده در بتن بسیار حائز اهمیت است.

 کاربرد فوم بتن در ساختمان

۱ _ شیب بندی پشت بام : فوم بتن با صرفه ترین و محکم ترین مصالح سبکی است که می توان از آن برای پوشش شیب بندی استفاده نمود  . نظر به اینکه با دستگاه مخصوص به صورت بتن یکپارچه در محل قابل تهیه و استفاده است می توان مستقیما روی آن را عایق بندی یا ایزولاسیون نمود .

۲ _ کف بندی طبقات : به دلیل سبکی وزن فوم بتن و آسان بودن تهیه آن . می توان تمامی کف طبقات . محوطه و بالکن ساختمان را بعد از اتمام کارهای تاسیساتی با آن پوشانده و بلافاصله عملیات بعدی را مستقیما روی آن انجام داد .

۳ _ بلوک های غیر بار بر سبک : با بلوک های تو پر به ابعاد دلخواه می توان تمامی کار تیغه بندی قسمت های جدا کننده ساختمان را با استفاده از ملات یا چسب بتن انجام داد . با این نوع بلوک ها علاوه بر اینکه از سنگین کردن ساختمان جلوگیری می شود عملیات حمل و نصب خیلی سریع انجام می گیرد و دست مزد کمتری هزینه می شود . پس از اجرای دیوار می توان مستقیما روی آن را گچ نمود . این بلوک ها دارای وزن فضایی بین ۸۰۰ الی ۱۱۰۰ کیلو گرم می باشند .

۴ _ پانل های جدا کننده یکپارچه و نرده های حصاری جهت محوطه و کاربری در موارد خاص : جهت ساخت دیوارهای سردخانه ها . گرم خانه ها و سالن های ضد صدا می توان در محل با قالب بندی . فوم بتن را به صورت یک پارچه عمودی ریخت . به دلیل ویژگی عمده عایق بودن این نوع بتن . جهت عیق بندی سردخانه ها . گرم خانه ها . پوشش لوله های حرارتی و برودتی و …… کاربرد مهمی دارد . ضمنا به دلیل اینکه عایق صدا می باشد برای موتورخانه ها و اتاق های آکوستیک مورد استفاده وسیع قرار می گیرد.